VLAN的基本概念

1.1定义：

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内。

1.2目的：

以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的共享通讯介质的数据网络通讯技术。当主机数目较多时会导致冲突严重、广播泛滥、性能显著下降甚至造成网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互连虽然可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。

在这种情况下出现了VLAN技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文就被限制在一个VLAN内。

1.3作用：

• 限制广播域：广播域被限制在一个VLAN内，节省了带宽，提高了网络处理能力。
• 增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信。
• 提高了网络的健壮性：故障被限制在一个VLAN内，本VLAN内的故障不会影响其他VLAN的正常工作。
• 灵活构建虚拟工作组：用VLAN可以划分不同的用户到不同的工作组，同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围，网络构建和维护更方便灵活。

1.4VLAN标签：

要使设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。IEEE 802.1Q协议规定，在以太网数据帧的目的MAC地址和源MAC地址字段之后、协议类型字段之前加入4个字节的VLAN标签（又称VLAN Tag，简称Tag），用以标识VLAN信息。

VLAN帧格式：

字段解释：

设备利用VLAN标签中的VID来识别数据帧所属的VLAN，广播帧只在同一VLAN内转发，这就将广播域限制在一个VLAN内。

pvid和vid

        默认的pvid=vlan id(vid:vlan id)；
        PVID为Port Vlan ID，关系到端口收发数据帧时的VLAN TAG 标记；
        pvid是交换机上的概念,说的是进入该端口的报文如果没有打vlan id就按pvid的值打上；
        vid是报文上的vlan tag的意思；
        一个端口可以属于多个vlan，但是只能有一个pvid；
        简单的说，VID（VLAN ID）是VLAN的标识，定义其中的端口可以接收发自这个VLAN的包；而PVID（Port VLAN ID）定义这个untag端口可以转发哪个VLAN的包。
        比如，当端口1同时属于VLAN1、VLAN2和VLAN3时，而它的PVID为1，那么端口1可以接收到VLAN1，2，3的数据，但发出的包只能发到VLAN1(以VLAN1值建立的虚拟interface)中。

常用设备收发数据帧的VLAN标签情况：

在一个VLAN交换网络中，以太网帧主要有以下两种格式：

• 有标记帧（Tagged帧）：加入了4字节VLAN标签的帧。
• 无标记帧（Untagged帧）：原始的、未加入4字节VLAN标签的帧。

常用设备中：

• 用户主机、服务器、Hub只能收发Untagged帧。
• 交换机、路由器和AC既能收发Tagged帧，也能收发Untagged帧。
• 语音终端、AP等设备可以同时收发一个Tagged帧和一个Untagged帧。

为了提高处理效率，设备内部处理的数据帧一律都是Tagged帧。

1.5链路类型和接口类型：

设备内部处理的数据帧一律都带有VLAN标签，而现网中的设备有些只会收发Untagged帧，要与这些设备交互，就需要接口能够识别Untagged帧并在收发时给帧添加、剥除VLAN标签。同时，现网中属于同一个VLAN的用户可能会被连接在不同的设备上，且跨越设备的VLAN可能不止一个，如果需要用户间的互通，就需要设备间的接口能够同时识别和发送多个VLAN的数据帧。

为了适应不同的连接和组网，设备定义了Access接口、Trunk接口和Hybrid接口3种接口类型，以及接入链路（Access Link）和干道链路（Trunk Link）两种链路类型。

链路类型：

根据链路中需要承载的VLAN数目的不同，以太网链路分为：

• 接入链路

  接入链路只可以承载1个VLAN的数据帧，用于连接设备和用户终端（如用户主机、服务器等）。通常情况下，用户终端并不需要知道自己属于哪个VLAN，也不能识别带有Tag的帧，所以在接入链路上传输的帧都是Untagged帧。

• 干道链路

  干道链路可以承载多个不同VLAN的数据帧，用于设备间互连。为了保证其它网络设备能够正确识别数据帧中的VLAN信息，在干道链路上传输的数据帧必须都打上Tag。

接口类型：

根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，以太网接口分为：

• Access接口

  Access接口一般用于和不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。它只能收发Untagged帧，且只能为Untagged帧添加唯一VLAN的Tag。

• Trunk接口

  Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，但只允许一个VLAN的帧从该类接口上发出时不带Tag（即剥除Tag）。

• Hybrid接口

  Hybrid接口既可以用于连接不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）和网络设备（如Hub），也可以用于连接交换机、路由器以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端、AP。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，且允许从该类接口发出的帧根据需要配置某些VLAN的帧带Tag（即不剥除Tag）、某些VLAN的帧不带Tag（即剥除Tag）。

  Hybrid接口和Trunk接口在很多应用场景下可以通用，但在某些应用场景下，必须使用Hybrid接口。比如一个接口连接不同VLAN网段的场景中，因为一个接口需要给多个Untagged报文添加Tag，所以必须使用Hybrid接口。

1.6缺省VLAN：

缺省VLAN又称PVID（Port Default VLAN ID）。前面提到，设备处理的数据帧都带Tag，当设备收到Untagged帧时，就需要给该帧添加Tag，添加什么Tag，就由接口上的缺省VLAN决定。

接口收发数据帧时，对Tag的添加或剥除过程。

• 对于Access接口，缺省VLAN就是它允许通过的VLAN，修改缺省VLAN即可更改接口允许通过的VLAN。
• 对于Trunk接口和Hybrid接口，一个接口可以允许多个VLAN通过，但是只能有一个缺省VLAN。接口的缺省VLAN和允许通过的VLAN需要分别配置，互不影响。

同类型接口添加或剥除VLAN标签的比较：

• 当接收到不带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会给数据帧打上VLAN标签，但Trunk接口、Hybrid接口会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN来判断是否接收，而Access接口则无条件接收。

• 当接收到带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN（Access接口允许通过的VLAN就是缺省VLAN）来判断是否接收。

• 当发送数据帧时：

  • Access接口直接剥离数据帧中的VLAN标签。
  • Trunk接口只有在数据帧中的VID与接口的PVID相等时才会剥离数据帧中的VLAN标签。
  • Hybrid接口会根据接口上的配置判断是否剥离数据帧中的VLAN标签。

  因此，Access接口发出的数据帧肯定不带Tag，Trunk接口发出的数据帧只有一个VLAN的数据帧不带Tag，其他都带VLAN标签，Hybrid接口发出的数据帧可根据需要设置某些VLAN的数据帧带Tag，某些VLAN的数据帧不带Tag。

2. QinQ报文封装格式

因为IEEE 802.1Q中定义的VLAN Tag域只有12个比特，仅能表示4096个VLAN，无法满足城域以太网中标识大量用户的需求，于是产生了QinQ技术，拓展VLAN的数量空间。QinQ在原有的802.1Q报文的基础上增加一层802.1Q标签，使得VLAN数量增加到4094×4094。

在公网的传输过程中，设备只根据外层VLAN Tag转发报文，并根据报文的外层VLAN Tag进行MAC地址学习，而用户的内层VLAN Tag将被当作报文的数据部分进行传输。QinQ的内外层标签可以代表不同的信息，如内层标签代表用户，外层标签代表业务。

帧大小

QinQ报文比802.1Q报文多四个字节，因此建议用户在组网时适当增加运营商网络中各接口的最大帧长（至少为1504 字节）。目前交换机缺省支持的最大帧长超过1504字节，不需要手动配置。

TPID

不同运营商的系统可能将QinQ帧外层VLAN标记的TPID设置为不同值。为实现与这些系统的兼容性，可以修改TPID值，使QinQ帧发送到公网时，承载与特定运营商相同的TPID值，从而实现与该运营商设备之间的互操作性。VLAN数据帧的TPID与不带VLAN标记的帧的协议类型字段位置相同，为避免在网络中转发和处理数据包时出现问题，不可将TPID值设置为下表中的任意值。

协议类型字段数值及其表示的协议

                        
参考：

VLAN Tag的使用

https://cshihong.github.io/2017/11/05/VLAN%E5%9F%BA%E7%A1%80%E7%9F%A5%E8%AF%86/

https://blog.csdn.net/hao745580264_dawei/article/details/123444426

https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100088136

https://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3741115.html